Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Поток излучения от его источников (цели и фона) после прохождения через ослабляющую среду воспринимается оптической системой оптико-электронного прибора, которая состоит из различного рода комбинаций защитных стекол, линз, зеркал, призм, диафрагм, щелей, фильтров, решеток и выполняет две главные функции.
Первая функция состоит в том, чтобы собрать возможно больший поток приходящего излучения и с минимальными потерями направить его на приемник.
Вторая функция оптической системы заключается в оптической фильтрации приходящего сигнала с целью увеличения отношения величины сигнала к шуму фона. Различают два вида оптической фильтрации — спектральную и пространственную. Спектральная фильтрация осуществляется с помощью оптических фильтров (абсорбционных, дисперсионных, отражающих и интерференционных, т. е. оптических материалов — стекол и кристаллов, а также диэлектрических и металлических покрытий,
10
есенных на оптические материалы) и имеет целью ограничить наИ чение, падающее на приемник, определенным интервалом И3 ш волн. Фильтры могут ограничивать спектральный диапазон ^опускания с одной стороны, «отрезая» коротковолновое или Ппинноволновое излучение, или с двух сюрон, выделяя опреде-д* Ную полосу. Пространственная фильтрация осуществляется г постранственными фильтрами — диафрагмами, щелями, растрами и служит для выделения излучения цели из излучения фона за счет отличия геометрических размеров и формы соответствующих целей от элементов фэна.
Дополнительными функциями оптической системы в различных оптико-электронных приборах являются обеспечение необходимого пиля обзора при заданном иоле зрения, обеспечение процесса слежения за целью или получения информации о ее координатах, модуляция постоянной составляющей излучения, падающего на ч\ всгвительную площадку приемника, защита внутренней полости прибора от пыли, влаги и других вредных воздействий окружающей среды.
В процессе концентрации потока излучения на чувствительной площадке приемника неизбежно происходят его потери в обтекателе, линзах, зеркалах, элементах, осуществляющих пространственную фильтрацию, и на поверхности приемника. Эти потери связаны с поглощением энергии в оптических материалах, неполным отражением зеркал, виньетированием и другими причинами. Тем не менее в результате применения оптической системы поток излучения, падающий на приемник, в той или иной мере усиливается. Наибольшее усилие достигается для случая наблюдения удаленных малоразмерных (точечных) объектов, когда изображение объекта наблюдения полностью вписывается в размеры чувствительной площадки приемника излучения. При этом усиление равно отношению площади входного зрачка объектива к площади чувствительной площадки приемника с учетом всех потерь в оптической системе. Общий коэффициент пропускания оптической системы редко превышает 20%, особенно если учесть, что более 50% излучения теряется за счет модуляции. Дополнительные потери происходят на поверхности чувствительной площадки и в объеме приемника излучения. Например, от поверхности сернисто-свинцового фотосопротивления отражается и, следовательно, теряется около 35% падающего излучения, если применяется неиммерсионная оптическая система.
Важнейшей частью оптической системы любого оптико-электронного прибора является объектив, который служит в первую очередь для сбора (фокусирования) энергии и образования изображения наблюдаемого объекта и всего поля излучения. Требования к качеству этого изображения определяются задачами, стоящими Перед всем прибором, условиями его работы и конструктивными 0с°бенностями. При выборе конструкции объектива всегда при-х°дится искать компромиссное решение с точки зрения улучшения
11
пропускания, т. е. уменьшения потерь излучения, и обеспечения заданного качества изображения.
Простейшим объективом является одна линза со сферическими поверхностями. Ей присущи практически все виды аберраций, из которых особенно велики хроматизм и сферическая аберрация, поэтому основным ее недостатком является плохое качество изображения. Гораздо лучшего качества изображения за счет устранения хроматизма и уменьшения сферической аберрации и комы позволяют добиться сравнительно простые двухлинзовые объективы. Их относительное отверстие обычно не превышает 1 : 3 при угле поля зрения около 10° и диаметре входного зрачка не более 100—150 мм. Для достижения хорошего качества изображения при больших углах поля зрения применяют более сложные системы (триплеты, многолинзовые объективы и т. д.), обладающие вместе с тем относительно худшим пропусканием. Основным недостатком линзовых объективов является большое селективное поглощение в некоторых участках спектра, сравнительно большие хроматические аберрации и трудность реализации оптико-механического сканирования.
Все эти недостатки отсутствуют у зеркальных объективов. Одиночное зеркало часто используется в качестве простейшего объектива, особенно если оно является параболическим. Довольно широко используются и более сложные зеркальные объективы (например, зеркальная система Кассегрена), основным недостатком которых является экранирование части входного зрачка либо приемником, либо вторичным отражателем (контррефлектором). Зеркальные объективы не обеспечивают хорошего качества изображения в широком поле. Им свойственна некоторая технологическая усложненность по сравнению с однотипными линзовыми объективами.
